Benzol Mesomerie elektrophile Substitution: Halogenierung ortho

Summenformel C6H6.
Benzol
Die Kohlenstoffatome bilden die Ecken eines
regelmäßigen Sechsecks.
Der C-C-Bindungsabstand liegt zwischen dem
einer Einfach und einer Doppelbindung.
An jedes C-Atom ist ein H-Atom gebunden;
alle Bindungswinkel betragen 120°;
alle Atome des Moleküls liegen in einer Ebene.
Die -Elektronen sind gleichmäßig über den
Benzolring verteilt, man sagt delokalisiert.
Mesomerie
Lässt sich die Elektronenverteilung eines Moleküls auf
mehrere Arten in einer Strukturformel darstellen, so liegt
die wahre Elektronenverteilung dazwischen. Die
formulierbaren Strukturformeln sind nicht real und
werden als Grenzstrukturformeln bezeichnet. Die
Grenzstrukturformeln verdeutlichen das Gebiet, in dem
sich die Elektronen frei bewegen können, sie sind dort
delokalisiert, d.h. nicht mehr einzelnen Atomen
zuzuordnen.
Durch die Delokalisierung wird das Molekül energetisch
abgesenkt, d.h. es gewinnt an Stabilität.
Beispiel: Benzol
Beispiel:
elektrophile
Substitution:
Bromierung von Benzol
[𝐹𝑒𝐵𝑟3 ]
𝐶6 𝐻6 + 𝐵𝑟2 →
Halogenierung
+
FeBr3
𝐶6 𝐻5 𝐵𝑟 + 𝐻𝐵𝑟
Br
+
Br Br
HBr
Monobrombenzol
Die relative Position eines Zweitsubstituenten am
Benzolring zum Erstsubstituent (X) wird als Lokant
durch Zahlen oder Buchstaben angegeben.
ortho, meta, para
o = ortho
m = meta
p = para
Beispiel
NH2
X
NO 2
m-Nitroanilin
= 3-Nitroanilin
induktiver Effekt
Elektronegativere Atome als Kohlenstoff wie etwa F, Cl,
Br, I, O, N bewirken somit einen sich mit zunehmender
Entfernung abschwächenden Elektronensog auf die
bindenden Elektronen und verringern die Elektronendichte
der Kohlenstoffkette.
Man spricht von einem
negativen induktiven
Effekt
= -I-Effekt.
Da die Wasserstoffatome weniger elektronegativ sind als
die Kohlenstoffatome ergibt sich aus einer Methylgruppe
heraus durch die tetraedrische Anordnung ein
Elektronenschub auf die Nachbaratome.
Alkylgruppen haben daher einen elektronenschiebenden
Effekt, also einen positiven induktiven Effekt
= +I-Effekt.
Induktive Effekte beeinflussen die Elektronendichteverteilung im
Molekül.
Die Elektronendichte wird aber noch viel stärker durch Mesomerie
beeinflusst, da sich hier die -Elektronen über einen größeren
Bereich delokalisiert werden.
mesomerer Effekt
Gruppen, die dabei
nichtbindende Elektronenpaare
in Richtung der Kohlenstoffkette
schieben können, haben einen
positiven mesomeren Effekt =
+M-Effekt.
Gruppen mit
Mehrfachbindungen hingegen
verursachen häufig einen
Elektronenzug auf die
Kohlenstoffkette, also einen
–M-Effekt.
O
OH
wichtige Derivate
des Benzols
Phenol
= Hydroxybenzol
NH2
Anilin
= Aminobenzol
CH3
Toluol
= Methylbenzol
Benzaldehyd
CH2
O
CH
O
NO 2
H
Benzoesäure
kontinuierliches
Spektrum
H
Styrol
= Phenylethen
Nitrobenzol
Es enthält alle Wellenlängen des sichtbaren
Lichts und erstreckt sich von 380nm – 780nm.
Wird das sichtbare Licht z.B. durch ein Prisma
zerlegt, werden die Spektralfarben sichtbar:
violett
380nm
blau
grün
gelb
orange
rot
780nm
Farbigkeit und
Molekülbau
(Voraussetzungen
für Farbigkeit)
Absorption

Voraussetzung für Farbigkeit ist die
Absorption von Licht im sichtbaren Bereich.

Die -Elektronen werden durch die absorbierte
Lichtenergie auf ein höheres Niveau gehoben
und geben diese Energie beim Zurückfallen in
den Ausgangszustand z.B. als Wärmeenergie
wieder ab.

Da die Energie des sichtbaren Lichtes eher
klein ist, müssen die -Elektronen leicht
anregbar sein.

Dies ist der Fall, wenn sie durch ein
ausgedehntes mesomeres System (System
mit konjugierten Doppelbindungen) stark
delokalisiert sind.
Farbgebende funktionelle Gruppen.
Sie bilden das System konjugierter
Doppelbindungen.
Chromophore
Beispiele:
H
C
H
H
H
H
H
C
C
H N
O
CarbonylGruppe
O
H N
NitrosoGruppe
N H
AzoGruppe
Gruppen, die einen zusätzlichen farbvertiefenden
(=bathochromen) Effekt verursachen.
Auxochrome
und
Antiauxochrome
Auxochrome besitzen einen +M-Effekt
Beispiele: −𝐍𝐇𝟐 , − 𝐎𝐇
Antiauxochrome besitzen einen -M-Effekt
Beispiele: −𝐍𝐎𝟐 , − 𝐒𝐎𝟑 𝐇
Liegen beide Gruppen vor, so ist dies besonders
günstig und man spricht von einem
Donor-Akzeptor-System.
Jeder Azofarbstoff besitzt eine Azogruppe
̅ − ), an die an beiden Seiten je ein
( −𝑁 = 𝑁
aromatischer Rest (=Aryl-Gruppe) gebunden
ist.
Azofarbstoff
Beispiel:
H3C
N
N
NH2
1.Schritt: Diazotierung
Synthese eines
Azofarbstoffs
2.Schritt: Azokupplung
Beim "Verküpen" wird ein nicht wasserlöslicher
Farbstoff (z.B. Indigo) durch Reduktion in eine
wasserlösliche Form übergeführt (aus Indigo
entsteht dabei das gelbliche Leukoindigo).
Küpenfärbung
In die Lösung der wasserlöslichen Form, die sog.
Küpe, werden die zu färbenden Textilien gegeben
und der Farbstoff zieht auf die Fasern.
Anschließend wird der Farbstoff durch Oxidation in
seine Ursprungsform zurückverwandelt
(Luftsauerstoff oxidiert Leukoindigo wieder zum
blauen Indigo).
Küpengefärbte Textilien sind i.A. recht waschecht,
da die Farbstoffe ja wasserunlöslich sind.
Reaktion von Monomeren mit mindestens
einer reaktionsfähigen Doppelbindung.
Beispiel:
H
H
C
C
Monomer (Propen)
CH3 H
Polymerisation
H
H
H
H
H
C
C
C
C
CH3
H
CH3 H
H
n
Polymerisat = Polypropen (PP)
Kennzeichnender Strukturformelausschnitt
mit 2 Repetiereinheiten
Reaktion von Monomeren mit reaktionsfähigen
funktionellen Gruppen unter Abspaltung
niedermolekularer Nebenprodukte wie H2O, NH3, HCl.
Beispiel:
HOOC − (CH2 )4 − COOH +
Polykondensation
H2 N − (CH2 )6 − NH2
Monomere (Hexandisäure + 1,6-Diaminohexan)
O
H
C
O
C
CH2
4
N
H
CH2
N
6 H
H
n
Polykondensat = Polyamid (PA)
Kennzeichnender Strukturformelausschnitt
mit 1 Repetiereinheit
Reaktion von Monomeren mit reaktionsfähigen funktionellen Gruppen ohne Abspaltung von Nebenprodukten,
jedoch mit Übertragung von H-Atomen.
Beispiel:
OCN − (CH2 )6 − NCO + HO − (CH2 )4 − OH
Monomere (Hexan-1,6-diisocyanat + Butan-1,4-diol)
Polyaddition
O
H
C
O
N
H
CH2
N
6 H
C
O
O
CH2
H
4
n
Polyaddukt = Polyurethan (PU)
Kennzeichnender Strukturformelausschnitt
mit 1 Repetiereinheit
Nicht vernetzte, lineare Molekülketten.
Zwischen den Molekülen wirken
intermolekulare Bindungskräfte.
Thermoplast
Thermoplaste erweichen beim Erwärmen und
sind dann beliebig verformbar.
Beim Abkühlen erhärten Sie in der jeweiligen
neuen Form.
Thermoplaste sind spinnbar, also unzersetzt
schmelzbar!
Räumlich stark vernetzte Makromoleküle.
Zwischen den Molekülen bestehen kovalente
Bindungen!
Duroplast
Duroplaste zersetzten sich beim Erhitzen vor
dem Erweichen; sie sind i.A. hart und spröde.
Die Herstellung erfolgt entweder sofort in der
benötigten endgültigen Form oder das
Werkstück wird später noch mechanisch
bearbeitet.
Wenig bzw. weitmaschig vernetzte
Makromoleküle.
Elastomer
Zwischen den Molekülen bestehen kovalente
Bindungen (Verknüpfungspunkte).
Zwischen den Verknüpfungspunkten befinden
sich größere ungeordnete Molekülbereiche.
Elastomere sind nicht unzersetzt schmelzbar!
Carbonfasern
Fettsäuren
Carbonfasern sind Fasern aus Kohlenstoff. Das
Carbonfasergewebe wird zur Herstellung von
CFK (= carbonfaserverstärkte Kunststoffe),
einem sog. Faserverbundwerkstoff verwendet.
Hierbei wird das Carbonfasergewebe in einen
Kunststoff eingebettet.
Der Werkstoff erreicht so eine höhere
Festigkeit als Stahl bei gleichzeitig geringerer
Dichte als Aluminium.
Fettsäuren sind Carbonsäuren mit gerader
Anzahl an C-Atomen und i.A. langem
Alkylrest.
Natürliche ungesättigte Fettsäuren besitzen
stets Z-Konfiguration an allen
Doppelbindungen.
gesättigte Fettsäuren
wichtige Fettsäuren
Buttersäure
Laurinsäure
Myristinsäure
Palmitinsäure
Stearinsäure
=
Butansäure
=
Dodecansäure
=
Tetradecansäure
=
Hexadecansäure
=
Octadecansäure
ungesättigte Fettsäuren
Ölsäure
= Z-Octadec-9-ensäure
Linolsäure
= Z,Z-Octadeca-9,12-diensäure
Linolensäure
= Z,Z,Z-Octadeca-9,12,15-triensäure
Fette sind Tricarbonsäureester aus Glycerin (Propan1,2,3-triol) und 3 Fettsäuren.
Fette werden auch als Triglyceride oder Triacylglycerine
bezeichnet.
Fett
Beispiel:
Triglyceridmolekül aus Palmitinsäure, Buttersäure
und Ölsäure
Der Schmelzbereich von Fetten sinkt mit der
Zunahme des Anteils ungesättigter Fettsäuren.
Begründung:
Schmelzbereich
von Fetten
(1)
ungesättigt  Doppelbindungen mit
Z-Konfiguration
 Knick im Molekül
 geringere gemeinsame Oberfläche
mit dem Nachbarmolekül als bei
gesättigten und damit linearen
Fettsäuren
 geringere Wirksamkeit der
van-der-Waals-Kräfte
 niedrigerer Schmelzbereich
Der Schmelzbereich von Fetten sinkt mit der
Zunahme des Anteils kurzkettiger Fettsäuren.
Schmelzbereich
von Fetten
(2)
Begründung:
kurzkettig
 geringere gemeinsame Oberfläche
mit dem Nachbarmolekül als bei
langkettigen, gesättigten und damit
linearen Fettsäuren
 geringere Wirksamkeit der
van-der-Waals-Kräfte
 niedrigerer Schmelzbereich
Rgl.:
Verseifung,
Kernseife,
Schmierseife
Fett + Lauge
Seife + Glycerin
Beachte: Bei der basischen Fettspaltung liegt das
Gleichgewicht ganz auf der Produktseite, d.h. die
Umsetzung gelingt zu nahezu 100%.
Seifen sind die Natrium-, bzw. Kaliumsalze von
langkettigen Fettsäuren
Lauge
Seife
Natronlauge
Kalilauge
Kernseife
Schmierseife
Tenside sind grenzflächenaktive Stoffe.
Ihre Moleküle setzen durch ihren amphiphilen Bau
(hydrophober und hydrophiler Teil) die Grenzflächenspannung (Oberflächenspannung) herab.
Tensid
Beispiel:
Seifenanion (Stearat-Ion =Octadecanoat-Ion)
H3C
CH2
COO
16
-
(1)
Alkalische Reaktion:
𝐑 − 𝐂𝐎𝐎− + 𝐇𝟐 𝐎 ⇄ 𝐑 − 𝐂𝐎𝐎𝐇 + 𝐎𝐇 −
Der Säureschutzmantel der Haut wird
beeinträchtigt; erleichtertes Eindringen von
Bakterien in die Haut; Schädigung von Fasern
tierischen Ursprungs (Wolle)
(2)
Säureempfindlichkeit: 𝐑 − 𝐂𝐎𝐎− + 𝐇𝐂𝐥 ⇄ 𝐑 − 𝐂𝐎𝐎𝐇 ↓ +𝐂𝐥−
Die Fettsäure fällt als Niederschlag aus; damit ist
weniger Seife in der Waschlauge und die
Waschwirkung wird verringert. Es entsteht ein
erhöhter Seifenbedarf.
Nachteile von Seifen
(3)
Härteempfindlichkeit: 𝟐 𝐑 − 𝐂𝐎𝐎− + 𝐂𝐚𝟐+ ⇄ 𝐂𝐚(𝐑 − 𝐂𝐎𝐎) 𝟐 ↓
Hartes Wasser enthält Ca-Ionen, die mit den
Seifenanionen einen schwerlöslichen Niederschlag
("Kalkseife") bilden. Die Kalkseife legt sich auf die
Fasern und verursacht eine Vergrauung der Wäsche,
Hautreizungen, erhöhten Wäscheverschleiß,
Geruchsbildung und einen erhöhten Seifenbedarf.
ABS
= Alkylbenzolsulfonat
= eines der wichtigsten synthetischen Tenside
ABS
Im Gegensatz zu Seifen ist es nicht basisch,
nicht säureempfindlich und
nur gering härteempfindlich.
Beispiel:
optische Aktivität
chirales C-Atom
Eine Substanz heißt optisch aktiv, wenn sie
die Ebene des polarisierten Lichtes zu drehen
vermag.
Ein C-Atom heißt chiral (=asymmetrisch),
wenn es 4 verschiedene Atome oder
Atomgruppen als Substituenten trägt.




Fischer-Projektion

Die C-Kette wird senkrecht geschrieben.
Das C-Atom mit der höchsten Oxidationsstufe steht
dabei möglichst weit oben.
Die weiteren Bindungen an den chiralen C-Atomen
werden waagerecht geschrieben.
Gruppen waagerecht an den chiralen C-Atomen
liegen vor der Papierebene.
Gruppen senkrecht an den chiralen C-Atomen
liegen hinter der Papierebene.
Beispiel:
Glycerinaldehyd
CHO
CHO
H
C
OH
C
H
CH3
Stereoisomere,
Enantiomere,
Diastereomere
OH
CH3
(1) Alle möglichen optischen Isomere einer
Verbindung sind Stereoisomere.
(2) Optisch aktive Stereoisomere besitzen ein
Spiegelbild, mit dem sie ein
Enantiomerenpaar bilden.
(3) Zwei Stereoisomere, die nicht zueinander
spiegelbildlich sind, bezeichnet man als
Diastereomere.
Monosaccharide sind die Grundbausteine der
Kohlenhydrate.
Sie enthalten nur C-, O- und H-Atome.
Monosaccharide
Alle Monosaccharid-Moleküle besitzen
 eine Carbonylgruppe
 an jedem weiteren C-Atom eine OH-Gruppe.
O
Beispiel:
H
D-Xylose
OH
HO
H
H
OH
OH
Die OH-Gruppe am untersten chiralen C-Atom
in der Fischer-Projektion bestimmt die Konfiguration.
Steht sie rechts
Steht sie links
 D-Konfiguration
 L-Konfiguration
O
D, L-Konfiguration
H
HO
H
OH
H
OH
OH
Beispiel:
D-Xylose
O
HO
H
HO
H
OH
H
OH
L-Xylose
Die Fischer Projektionsformel ergibt sich aus der
"ta-tü-ta-ta"-Regel.
D-(+)-Glucose ist eine Aldohexose und rechtsdrehend.
D-(-)-Fructose ist eine Ketohexose und linksdrehend.
OH
O
D-(+)-Glucose
D-(-)-Fructose
H
O
OH
HO
H
HO
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
OH
OH
D-(+)-Glucose
D-(-)-Fructose
Glucose kann durch intramolekulare Halbacetalbildung
(nukleophile Addition) zwischen dem O-Atom am C-5
und dem C-1 eine Ringform bilden: "Pyranose".
Pyranose
Die Pyranoseform wird oft in der Haworth-Projektion
dargestellt. Dabei gilt:

OH-Gruppe am C-1 unten: -Form

OH-Gruppe am C-1 oben: ß-Form
H
C
O
H2C OH
H
OH
HO
H
H
OH
H C O H
C5
H
C
H
C1
OH
H
OH
OH
D-Glucose
O
H
OH
C
C
H
OH
-D-Glucopyranose
Fructose kann durch intramolekulare Halbketalbildung
(nukleophile Addition) zwischen dem O-Atom am C-5
und dem C-2 eine Ringform bilden: "Furanose".
Die Furanoseform wird oft in der Haworth-Projektion dargestellt.
Dabei gilt:

OH-Gruppe am C-2 unten: -Form

OH-Gruppe am C-2 oben: ß-Form
Furanose
Über das O am C-6 kann Fructose auch eine Pyranose-Ringform
bilden!
H
OH
C O
HO
H
H
OH
H
H C O H
H
OH
O
HOH 2C
C5
H
OH
C2
H
OH
C
C
OH
H
CH 2OH
H
D-Fructose
ß-D-Fructofuranose
Durch Keto-Enol-Tautomerie bildet sich aus
Fructose in basischer Lösung Glucose.
Fructose
zeigt eine positive
Fehling Probe
Die im Gleichgewicht vorliegende Glucose
verursacht als Aldehyd die positive Fehling-Probe.
Mutarotation
Löst man reine -D-(+)-Glucose oder reine ß-D(+)-Glucose in Wasser auf, so fällt bzw. steigt der
spezifische Drehwinkel von + 112 bzw. + 18,7
auf +52,7°.
Diese Beobachtung erklärt sich durch die
allmähliche Gleichgewichtseinstellung eines
-, ß-Anomerengleichgewichtes über die
offenkettige Aldehydform, so dass schließlich nur
noch der Mischwinkel entsprechend der
prozentualen Anteile der Anomeren im Gemisch
gemessen wird.
Diesen Vorgang nennt man MUTAROTATION.
-D-(+)-Glucose
al-Form ⇄
⇄
ß-D-(+)-Glucose
Bindung eines Alkoholmoleküls an das
anomere C-Atom unter Wasserabspaltung
(Vollacetalbildung).
Glycosidische
Bindung
Ein Maltose-Molekül besteht aus
2 Glucopyranose-Molekülen,
die -1,4-glycosidisch verknüpft sind.
H2C OH
Maltose
C
H
H2C OH
O
H
H
C
OH
H
C4
C1
C
O
H
C1
OH
H
C
C
C
OH
H
OH
OH
H
C
H
O
H
OH
Ein Cellobiose-Molekül besteht aus
2 Glucopyranose-Molekülen,
die ß-1,4-glycosidisch verknüpft sind.
Cellobiose
OH
C
H
H
OH
C
C
OH
H
H2C OH
H
H
C4
C1
H
C
H2C OH
O
O
C
O
H
OH
C1
OH
H
C
C
H
OH
H
Ein Saccharose-Molekül besteht aus
einem -D-Glucopyranose-Molekül
und einem ß-D-Fructofuranose-Molekül,
die ,ß-1,2-glycosidisch verknüpft sind.
Saccharose
H2C OH
C
H
H
C
OH
O
O
H
HOH 2C
C1
OH
H
C
C
H
OH
C2
H
C
H
OH
C
C
OH
H
O
CH 2OH
Stärke besteht aus Amylose und Amylopektin.
Amylose
Baustein
Stärke
Bindung
Zahl der
Bausteine
räumliche
Struktur
Eigenschaften
Amylopektin
D-Glucopyranose
α-1,4 und α-1,6α-1,4-glykosidische
glykosidische
Bindung
Bindung
bis zu 500
unverzweigte HelixForm
löslich in heißem
Wasser
Baustein
Bindung
Zahl der Bausteine
Cellulose
2000-10000
räumliche Struktur
Eigenschaften
verzweigte Helix
wasserunlöslich
D-Glucopyranose
β-1,4-glycosidische Bindung
bis zu 20000
lineare Moleküle, keine Helix
Die geradlinigen Ketten lagern
sich in etwa parallel zu Bündeln
zusammen, wobei der Zusammenhalt abschnittsweise durch
Wasserstoffbrückenbindungen
gewährleistet wird.
Die Bündel heißen Fibrillen. Die
Fibrillen lagern sich durch
seilartige Verwindung zu Fasern
zusammen.
wasserunlöslich
keine Wassereinlagerungen
möglich = nicht quellbar
Aminocarbonsäuren sind Carbonsäuren mit mindestens
einer Aminogruppe.
Die wichtigste Gruppe sind die -Aminocarbonsäuren
(= 2-Aminocarbonsäuren).
Aus ihnen werden die Proteine gebildet.
Aminocarbonsäuren
Beispiel:
2-Aminopropansäure
= Alanin
O
OH
C
H2N
C
CH3
H
isoelektrischer
Punkt
Der isoelektrische Punkt (IEP) ist der pHWert, bei dem eine Aminosäure zu praktisch
100% als Zwitterion vorliegt.
Nachweisreaktion für Aminosäuren und
Proteine.
Ninhydrin-Probe
Eine Lösung der zu untersuchenden Substanz
wird mit Ninhydrinlösung versetzt und dann
erwärmt.
Bei positivem Verlauf entsteht eine blauviolette Färbung.
Xanthoproteinreaktion
Nachweisreaktion für Aminosäuren mit
aromatischem Rest und Proteine, die solche
Aminosäuren enthalten.
Eine Lösung der zu untersuchenden Substanz
wird mit konz. Salpetersäure versetzt und
dann erwärmt.
Bei positivem Verlauf entsteht eine gelbe
Färbung.
Nachweisreaktion für Proteine.
Biuretprobe
Eine Lösung der zu untersuchenden Substanz
wird zunächst mit Natronlauge, dann mit
etwas Kupfersulfat-Lösung versetzt und
anschließend erwärmt.
Bei positivem Verlauf entsteht eine rotviolette Färbung.
Sie entspricht der Amidbindung, indem die
Aminogruppe einer Aminosäure mit der
Säuregruppe einer zweiten Aminosäure unter
Wasserabspaltung reagiert.
Peptidbindung
Kat = H+ oder Enzym
Primärstruktur
Sekundärstruktur
Proteinstruktur
Tertiärstruktur
Quartärstruktur
mittlere und
momentane
Reaktionsgeschwindigkeit
Aminosäuresequenz
Bestimmte Abschnitte eines Proteinmoleküls
besitzen eine räumliche Struktur, die durch
H-Brückenbindung gehalten wird.
Es gibt Bereiche als -Helix und solche als
ß-Faltblatt.
Räumliche Anordnung von Faltblatt- und
Helixstrukturen zueinander innerhalb einer
Molekülkette.
Diese räumliche Ordnung wird durch alle
bekannten Bindungsarten (kovalente Bindung,
Ionenbindung, Wasserstoffbrückenbindung, DipolDipol-Wechselwirkung, van der Waals Kräfte)
fixiert.
Zusammenschluss einzelner primär bis tertiär
strukturierter Proteinmoleküle zu Aggregaten.
Auch hier erfolgt die räumliche Fixierung über alle
Bindungsarten.
mittlere Reaktionsgeschwindigkeit:
𝐯̅𝐑 =
𝚫𝐜(𝐏𝐫𝐨𝐝𝐮𝐤𝐭𝐞)
𝚫𝐜(𝐄𝐝𝐮𝐤𝐭𝐞)
= −
𝚫𝐭
𝚫𝐭
momentane Reaktionsgeschwindigkeit:
lim vR
t  0
Die Reaktionsgeschwindigkeit lässt sich durch
folgende Maßnahmen erhöhen:
Abhängigkeit der RG




Vergrößerung des Zerteilungsgrades
Erhöhung der Konzentration eines
oder mehrerer Reaktionspartner
Erhöhung der Temperatur
Einsatz eines Katalysators
Schlüssel-SchlossModell
Wirkungs- und
Substratspezifität
Schlüssel = Substrat;
Schloss = aktives Zentrum im Enzym
Das aktive Zentrum ist eine Art Höhle auf der
Enzymoberfläche, in die das Substrat passt
wie ein Schlüssel in ein Schloss.
Substratspezifität:
Enzyme wirken nur auf eine ganz bestimmte
Verbindung oder Verbindungsgruppe
katalytisch ein.
Wirkungsspezifität:
Enzyme bewirken nur eine ganz bestimmte
Reaktion des Substrats.
Graphische Darstellung der Abhängigkeit der
Reaktionsgeschwindigkeit v ( = Enzymaktivität) in
einer Lösung mit fest vorgegebener Enzymkonzentration von der Substratkonzentration.
Substratsättigungskurve
Abhängigkeit
der Enzymaktivität
von der
Konzentration
Die Enzymaktivität steigt mit der Konzentration
(vgl. Reaktionsgeschwindigkeit).
Die Enzymaktivität steigt mit der Temperatur.
Abhängigkeit
der Enzymaktivität
von der
Temperatur
Abhängigkeit
der Enzymaktivität
vom
pH-Wert
kompetitive
Hemmung
Bei zu hohen Temperaturen kommt es jedoch zur
Denaturierung der Proteinanteile der Enzyme.
Enzyme sind nur in einem jeweiligen engen pHIntervall aktiv, da es außerhalb des pH-Intervalls
zur Denaturierung der proteinischen Anteile
kommt.
Reversible Hemmung durch Blockierung des aktiven Zentrums.
1. Verdrängungshemmung: Ein dem Substrat im räumlichen
Bau ähnlicher Hemmstoff wird im aktiven Zentrum gebunden,
kann dort aber nicht umgesetzt werden und blockiert so das
aktive Zentrum für Substratmoleküle.
Gegenmaßnahme: Erhöhung der Substratkonzentration.
2. Substrathemmung: Bei zu hohen Substratkonzentrationen
hindern sich die Substratmoleküle gegenseitig am Eintritt ins
aktive Zentrum.
Gegenmaßnahme: Erniedrigung der Substratkonzentration.
Vielfach irreversible Hemmung durch Angriff des Enzyms
außerhalb des aktiven Zentrums.
Hierdurch werden die Tertiär- und die Sekundärstruktur
verändert, was auch zu einer räumlichen Veränderung
des aktiven Zentrums führt. Das Enzym ist damit nicht
mehr funktionsfähig.
allosterische
Hemmung